煤礦井下瓦斯防治技術(shù)的探討

姚 強(qiáng)

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司，山西 大同 037104）

煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。煤炭產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展與安全生產(chǎn)密不可分。由人的不安全行為導(dǎo)致的煤礦事故大多是由于違章指揮、違章作業(yè)、違反操作規(guī)程造成的，也稱為“三違”。物的不安全狀態(tài)一般指水、火、瓦斯、煤塵以及頂板事故，也稱為煤礦五大災(zāi)害。瓦斯事故所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失最為嚴(yán)重，是煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大阻礙。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)瓦斯事故占總煤礦事故總數(shù)的76%，1975年和1950年分別發(fā)生在遼源礦務(wù)局富國(guó)礦和天府礦務(wù)局三江壩一礦的瓦斯事故是現(xiàn)有記載中極為嚴(yán)重的兩起事故。無論是局部性瓦斯爆炸，還是大型以及連續(xù)性瓦斯爆炸，都會(huì)危及到煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行。瓦斯防治的重要性自不待言。

瓦斯是附著在煤體當(dāng)中無法消除的氣體，而且會(huì)隨著煤層開采的深度而增加。雖然隨著科技的發(fā)展，對(duì)瓦斯的預(yù)防以及控制有了較大的進(jìn)步，但是不可否認(rèn)的是，依然無法徹底消除瓦斯的危險(xiǎn)性。瓦斯治理效果不好，不僅會(huì)造成潛在的安全生產(chǎn)隱患，而且還會(huì)使工人的生命受到威脅。針對(duì)如何防治瓦斯事故，本文從抽排治理、通風(fēng)措施、注入技術(shù)、管理監(jiān)控四個(gè)方面進(jìn)行闡述，通過介紹這四個(gè)方面的防治方法，以為瓦斯防治提供理論和實(shí)踐參考。

1 瓦斯概述

瓦斯是一種無色無味的氣體，主要由甲烷、少量烴類氣體和微量稀有氣體等組成。瓦斯具有可燃性，可作為新型能源，也可作為生活燃料。同時(shí)，瓦斯還是一種有害氣體，瓦斯中毒就是因呼吸系統(tǒng)吸入過量瓦斯氣體而造成的。除了瓦斯中毒之外，還會(huì)產(chǎn)生其他危害。在煤礦井下工作面采煤過程當(dāng)中，瓦斯會(huì)從揭煤和裂隙中大量涌出，通常情況下，瓦斯的涌出量受氣象影響：按上午（小）—下午（大）—晚間（小）—夜間（大）的周期波動(dòng)；陰雨天氣涌出量較少，而晴朗天氣涌出量較大。此外，當(dāng)φ（O2）達(dá)到12%、出現(xiàn)高溫火源（溫度650～750℃）、空氣中瓦斯含量（體積分?jǐn)?shù)）達(dá)到爆炸界限的5%～15%時(shí)，就會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸。而發(fā)生最高強(qiáng)度的瓦斯爆炸是瓦斯?jié)舛仍?%左右的時(shí)候。由此可見，瓦斯事故的發(fā)生是需要具備一系列的前提條件的，想要防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生，最簡(jiǎn)便可行的一個(gè)方法就是要控制瓦斯?jié)舛取?/p>

運(yùn)用合理的技術(shù)防止瓦斯大量聚集（0.5 m3工作區(qū)域，瓦斯的體積濃度大于2%），及時(shí)排放瓦斯氣體，可以有效避免瓦斯事故。

2 抽排治理

瓦斯抽排治理的第一步是排查不同工作區(qū)域的瓦斯含量大小，采用不同的工作儀器，對(duì)瓦斯氣體的分布情況和濃度進(jìn)行全方面地調(diào)查、分析研究。一般情況下，柔性的保障措施是依靠工作人員的工作素養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)，硬性的保障措施則是利用各種儀器設(shè)備。不同區(qū)域的抽采方案是因地制宜的。

一般情況下，煤礦瓦斯抽采工作主要是由地面到煤層，層層遞進(jìn)地對(duì)瓦斯進(jìn)行有效抽采。具體的流程包括：打孔工作、煤層抽采、采空區(qū)抽采、回收利用瓦斯氣體。也就是說，抽采工作分為地面和地下兩個(gè)部分，地面處需要抽出部分瓦斯；地下（井下工作區(qū)域）尤其是在瓦斯容易聚集的開采區(qū)（回風(fēng)巷等）也要抽采瓦斯氣體，兩大部分的抽采都是以預(yù)防瓦斯氣體大量聚集為目的。通常來講，地上抽采程序相對(duì)簡(jiǎn)單，地下抽采程序相對(duì)復(fù)雜。地下抽采包括采空區(qū)封閉抽采（封閉墻和鋼管預(yù)埋）、風(fēng)巷輔助邊孔抽采（邊孔布置）、采空區(qū)埋管抽采（抽采管布置）三種方式。此外，抽采瓦斯要通過地下打孔來完成。地下打孔要求：明確封孔長(zhǎng)度、鉆孔間距以及打孔方法；檢驗(yàn)打孔效果；確定是否需要補(bǔ)孔等。抽采瓦斯員應(yīng)按照規(guī)定程序完成瓦斯抽采、測(cè)驗(yàn)等工作，運(yùn)用瓦斯檢測(cè)儀器檢查抽排前后瓦斯氣體濃度，計(jì)算瓦斯抽排總量，為提高抽排瓦斯效率和改進(jìn)抽排瓦斯方法，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3 通風(fēng)措施

通風(fēng)措施是指運(yùn)用先進(jìn)的科技手法，改進(jìn)工作面通風(fēng)效果，快速有效地把瓦斯從工作面排出。布置通風(fēng)系統(tǒng)之前，模擬通風(fēng)設(shè)施配置，提前做好應(yīng)對(duì)措施。應(yīng)對(duì)措施通常包括：觀測(cè)瓦斯?jié)舛取⒀芯客咚褂楷F(xiàn)規(guī)律、測(cè)定大氣氣壓、設(shè)計(jì)巷道長(zhǎng)度、安裝儀器裝置。通過采取這些措施，可保證工作面的進(jìn)風(fēng)巷道和回風(fēng)巷道暢通無阻。同時(shí)，為保證送風(fēng)通暢，需采取局部風(fēng)筒送風(fēng)、整體巷道排風(fēng)的方式。

通風(fēng)時(shí)，由于有些巷道長(zhǎng)度不一，曲折程度不同，此時(shí)就需要因地制宜，通過配置不同的設(shè)備來協(xié)助疏散瓦斯。常用的通風(fēng)設(shè)備有壓入式通風(fēng)機(jī)、反風(fēng)設(shè)施、智能變頻率裝置等，這些裝置可以把風(fēng)量調(diào)整到合適的狀態(tài)。有了這些通風(fēng)設(shè)備，還需要根據(jù)復(fù)雜的地勢(shì)狀況，對(duì)通風(fēng)方式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計(jì)可以采用以下方式：開鑿風(fēng)井、回采工作面采用“U”型通風(fēng)方式、“Y”型通風(fēng)方式、“U”型和“L”型相結(jié)合通風(fēng)方式、回風(fēng)巷設(shè)置“內(nèi)錯(cuò)尾巷”等。總之，采取通風(fēng)措施來防治瓦斯積聚就是為了使各個(gè)通風(fēng)巷道能夠彼此互通，此外，還需定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)維護(hù)，以減少通風(fēng)阻力，防止出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，從而達(dá)到良好的通風(fēng)效果。

4 注入技術(shù)

為了防止瓦斯爆炸，可以采用注入技術(shù)。注入技術(shù)的原理是通過向煤層注入氣體、泥漿以及混合液等來改變煤體性質(zhì)，目的是起到降溫降塵，降低瓦斯?jié)舛鹊淖饔谩３Ｒ姷淖⑷爰夹g(shù)包括氣體注入、注漿技術(shù)以及注水系統(tǒng)。應(yīng)用三種技術(shù)時(shí)要注意注入量、注入速度、注入壓力以及注入時(shí)間等指標(biāo)。注入過后，還需要檢測(cè)注入技術(shù)的有效性。

氣體注入主要指在煤層注入惰性氣體。通常遇到構(gòu)造比較堅(jiān)硬的煤層時(shí)，便可運(yùn)用注入惰性氣體的方法來“擠出”和“吸附”瓦斯氣體。

注漿技術(shù)是指在密閉空間內(nèi)注漿加固，形成帷幕墻，以便阻截瓦斯漏出。采用該技術(shù)應(yīng)注意：優(yōu)先對(duì)煤柱、頂板裂隙嚴(yán)重地帶噴漿加固；用注漿管或是采用“打孔注漿”的方法加固采空區(qū)。注漿過程當(dāng)中，要注意注漿的濃度和比例，而且要注意注漿穩(wěn)定時(shí)間。一般而言，水泥漿與水灰的質(zhì)量比是1∶1～2∶1（如果選用水泥和水玻璃混合雙液漿，水泥漿和水灰的比例不變）。注漿之后，還要穩(wěn)定一段時(shí)間，大約在20 min以上。

注水系統(tǒng)是指通過運(yùn)用液壓系統(tǒng)和液體導(dǎo)向系統(tǒng)，向煤體注入以水為主要成分的液體。這項(xiàng)技術(shù)可通過改變煤層力學(xué)性質(zhì)來提高煤體濕潤(rùn)程度。煤層瓦斯飛散速度降低，瓦斯氣體由游離狀態(tài)轉(zhuǎn)化成為吸附狀態(tài)，也就是說，瓦斯不再到處游離，而是吸附在以水為主的化學(xué)溶液當(dāng)中。主要的化學(xué)溶劑還有壓裂液、表面活性劑、瓦斯固化劑等。注水過程中，應(yīng)注意調(diào)整注水速度、注水壓力以及預(yù)算注水量，或者通過觀測(cè)孔直接觀測(cè)注水量。

采用注入方式后，可以通過對(duì)采樣進(jìn)行分析，研究注入前后煤體變化，測(cè)試是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定效果。例如，注水系統(tǒng)的測(cè)算方式是在采面區(qū)域間隔15 m左右的地方鉆入2～4 m左右的深孔，共取樣7～8個(gè)左右。通過取樣樣本計(jì)算出煤體含水量是否增加。王謨?cè)谏轿髂车V3608得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：煤樣的含水量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）達(dá)到1%以上，注水浸潤(rùn)效果較好。魏斌在山西云岡煤礦2136工作面得出的注漿結(jié)果是：回采期間，回風(fēng)流中的瓦斯體積濃度保持在0.4%以下，瓦斯?jié)舛缺容^穩(wěn)定，注漿效果良好。注入惰性氣體同樣也能降低瓦斯?jié)舛龋行嵘咚钩椴尚省？傊N方式的共同點(diǎn)是依靠瓦斯檢測(cè)儀器，并應(yīng)用分析數(shù)據(jù)的方式，得出可靠的結(jié)論，確定注入技術(shù)的有效性。

5 管理監(jiān)控

管理監(jiān)控主要指對(duì)井下工作面巷道進(jìn)行監(jiān)控工作。井下工作面安裝有監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工作面巷道的智能監(jiān)控。常用的檢測(cè)技術(shù)主要有微震預(yù)測(cè)、煤層溫度預(yù)測(cè)以及電磁輻射強(qiáng)度預(yù)測(cè)等。通過檢測(cè)技術(shù)可在發(fā)現(xiàn)預(yù)兆信息時(shí)，及時(shí)采取控制措施。這些預(yù)兆信息包括：煤層層理不夠均勻、煤質(zhì)松軟、干燥、缺乏光澤、打孔難度增大（頂鉆、夾鉆、鉆孔變形、煤壁水珠等）、煤壁聲音異常（悶雷聲、爆竹聲、口哨聲）、煤壁顫動(dòng)、頂板掉渣、煤塵濃度變大、瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)異常。發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象的時(shí)候，應(yīng)盡快撤離現(xiàn)場(chǎng)人員，切斷電源，并向調(diào)度匯報(bào)，后期措施則包括維護(hù)頂板、抽采瓦斯等。

此外，技術(shù)監(jiān)控和人員監(jiān)控應(yīng)相輔相成。主要派出安全監(jiān)督員監(jiān)控回采工作面瓦斯超限、頂板觀察、人員違章、防止一切有害氣體輸出等情況；要求隨身攜帶過濾防塵呼吸器，避免吸入大量煤塵；配戴自救器，防止吸入瓦斯等有害氣體導(dǎo)致中毒；禁止攜帶易燃易爆物品等。此外，根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，按時(shí)檢查井下瓦斯記錄，建立治理方案，完善相關(guān)數(shù)據(jù)和有關(guān)資料，建立安全生產(chǎn)體系。出現(xiàn)危險(xiǎn)情況（明火產(chǎn)生或瓦斯異常等）時(shí)，不能繼續(xù)冒險(xiǎn)開采。

6 結(jié)語

煤礦生產(chǎn)是高危工作，煤礦事故牽引人心。合理安排瓦斯防治工作的任務(wù)艱巨，需要長(zhǎng)期堅(jiān)持。降低工作面瓦斯?jié)舛仁峭咚狗乐蔚幕敬胧ｋm然瓦斯防治技術(shù)多樣化，但最重要的還是應(yīng)重視柔性主導(dǎo)因素——素質(zhì)發(fā)展。作為安全生產(chǎn)的主力軍，井下工作人員需不斷提高專業(yè)技能，在管理層面制定有效可行的實(shí)施方案。由理論到實(shí)踐，再由實(shí)踐上升到理論的高度，制定長(zhǎng)期有效和靈活應(yīng)變的瓦斯防治體系。做好應(yīng)急防范措施，避免瓦斯事故的發(fā)生。而且瓦斯是一種可利用的清潔能源，煤礦瓦斯如果治理得當(dāng)，不僅可以增加煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，還能節(jié)約自然能源，使瓦斯由害變利，由廢變寶。通過介紹瓦斯的防治措施，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，期望可在實(shí)際生產(chǎn)中取得良好的治理效果，既有益于我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也可保障工作人員的生命安全。